대한민국 와이어 컷 장비 제조 전문 기업 (주)에스피엠은 작업현장에서 일어나는 전기분해에 의한 표면부식 방지를 위한 기술적으로 성능이 획기적으로 개선된 기능이 탑재된 장비를 생산 및 공급하고 있다. 이러한 (주)에스피엠이 소개하는 와이어 컷 방전가공 기기에서의 전기분해 방지기술을 공개한다. 

전기분해 현상

전기분해의 일반적인 정의는 화학적으로 합성된 전기가 각각의 원소로 분해하는 것이다. 특히 당사가 소개하는 전기분해 반응은 물이 화학반응식으로 수소와 산소로 분리되는 과정이다. 

2H2O→2H2＋O2

이 반응이 일어나기 위한 전제 조건은 최소한 특정양의 물에 전도성과 두 극간에 특정량의 평균전압이 필요하다. 전압이 충분하다면, 물 분자는 음극에서 줄어들고, 양극에서 산화된다. 이러한 현상이 일어나면 양극에서의 금속이 금속이온 형태로 용해된다. 이 반응의 예는 다음과 같다.

Fe metal→Fe2＋2e- 

즉 사용되는 금속에 따라 양극이 소비하는 양이 많고 적을 수 있다.

Wire cut EDMing에서의 전기분해
Wire cut EDM이 진행되는 과정을 보면 매우 짧은 전류 즉, 3㎲ 미만의 방전펄스를 동반한다. 가공물은 양극의 극성을 가지게 되며 와이어 선(전극)은 음극을 가지게 된다. 따라서 가공물의 양극은 전해질의 공격을 받을 수 있다. 

제너레이터는 음극의 전압이 가공물과의 간극과 방전펄스 사이에 작용하게 설계됐다. 그래서 교대하는 전류에 의해 부식작용 과정이 나타날 수 있다. 이온을 제거한 물을 사용하는 Wire cut EDM에서는 본래부터 부식작용이 일어난다. 결정체 재료가 들어오는 즉시 마이크로 구조의 단계에서 마이크로 셀의 구성은 조직적 부식현상으로 나타난다. 결과적으로 미세흠(Micropit)이 수시간(피팅소모) 이내에 가공품에 점부식으로 나타난다.

이 모든 것들이 방전하지 않은 상태에서 일어난다는 것이다. 이러한 조건 하에 전체 가공품의 표면에 기계가 작동하는 전 시간에 걸쳐 전기분해적으로 부식된다. 

이런 이유는 가공탱크 안의 기계전위가 넓은 범위에서 전기분해 셀이 만들어 지며 작업 전압이 EDM 공정 동안 가공품에 집중된다는데 있다.

따라서 새롭게 개발되는 Wire cut EDM System은 항상 가공품의 기계전위를 영(Zero)위치가 되도록 유지한다. 가공물 표면에 전기화학적 부식은 와이어 전극이 실제로 지나갈 때만 일어난다. 따라서 좁은 장소와 짧은 시간에 한정되며, 전기분해로 인한 손상, 예를 들어 황삭가공을 하는 동안 부식의 효과와 열 효과를 비교해 보면 약간의 차이가 난다는 것을 알 수 있다.

높은 가공속도를 유지한다는 것은 짧은 시간에 많은 에너지를 발생하는 제너레이터의 성능을 가지게 됐다. 따라서 빠른 가공을 위한 높은 에너지를 구가할 수 있는 성능의 제너레이터가 필요하게 된다. 빠른 컷팅 속도가 실질적으로 노출시간이 단축됨으로써 전기분해 영향을 줄어든다.

비교적 느린 정밀 컷팅의 경우 평균전압이 부식되는 동안 제로로 유지될 뿐만 아니라 극성이 바뀌게 된다. 결과적으로 와이어 컷 방전의 전기회로는 전기화학적 공격을 받는 경향이 있는 반면(이러한 공격은 가공 안정성을 증가시킴) 공작물에 대한 장점은 높은 수준으로 부식이 발생하지 않도록 한다.

(주)에스피엠의 Plus Generator의 특징적인 효과
(주)에스피엠의 Smart cut plus는 여러 번의 실험가공을 통해 이 문제를 완벽히 해결할 수 있도록 고안됐다.

특수한 매개 변수를 이용해 작업을 하는 동안 부식 보호층을 형성하는데 적합하도록 구성하였다.

공정에 사용하는 와이어 재질에 따라 아연산화물(반도체) 또는 황동(도체)의 균일한 피막코팅으로 침전된다. 이러한 목적은 오랜 가공 시간동안 소재특성으로 인한 표면의 부식을 막기 위함이다. 

기술적 결과

Steel(S45C) – Brass wire를 이용한 60시간 지속적 가공 후의 부식 사진(사진. (주)에스피엠)

개선 전(사진. (주)에스피엠)

개선 후(사진. (주)에스피엠)

개선 전 60시간 가공 후 부식(사진. (주)에스피엠)

 개선 후 60시간 가공 후 부식(사진. (주)에스피엠)

Wire cut EDM 공정을 이용해 금속가공을 진행하는 동안 전기적, 화학적 분해가 최소화하도록 유지하는 것이다.

Steel(S45C) – Brass wire를 이용한 2개월 사용 후 오염상태, 작업시간(일/8시간 기준)(사진. (주)에스피엠)

Wire cut EDM 공정에서 이뤄지는 전기적, 화학적 영향이 가공물에 최소의 영향을 미친다는 것은 초 섬세표면을 얻을 수 있으며 이러한 이유로 양질의 부품들을 짧은 시간 내에 생산할 수 있게 됐음을 의미한다.컷 방전가공 기기에서의 전기분해 방지기술